Återvinning av krossad asfalt som bär- och förstärkningslager

VTI notat 31-2002 Återvinning av krossad asfalt som bär- och förstärkningslager VTI notat 31 2002 Del 1 Karakterisering och egenskaper genom laboratoriestudier Foto: Torbjörn Jacobson, VTI Författare FoU-enhet Projektnummer 60658 Projektnamn Uppdragsgivare Torbjörn Jacobson Väg- och banteknik Asfaltgranulat som obundet bäroch förstärkningslager Svenska Kommunförbundet

Förord Projektet har bedrivits i samarbete med kommunerna Stockholm, Göteborg, Jönköping, Linköping och Västerås samt Svenska Kommunförbundet. Projektledare på VTI har varit Torbjörn Jacobson. Inom projektet har även Maria Arm, SGI medverkat vid utvärderingen av treaxialprovningar medan Håkan Arvidsson, VTI utfört laboratorieanalyserna. Uppdragsgivare har varit Svenska Kommunförbundet där Tord Lindahl och Carmita Lundin varit kontaktpersoner. I referensgruppen för projektet har följande personer medverkat: Åke Sandin, Trafikkontoret, Göteborg och Svenska Kommunförbundet Tord Lindahl, Svenska Kommunförbundet och TLK Torbjörn Byrnäs, Sycon Stockholm Konsult Christer Rosenblad, Stockholm Stad, Gatu- och Fastighetskontoret Hans Hellberg, Stockholm Stad, Gatu- och Fastighetskontoret Krister Ydrevik, Linköpings Kommun, Teknik och Samhällsbyggnad Leif Andersson, Linköpings Kommun, Gatuenheten Kurt-Arne Wilhelmsson, Jönköpings Kommun, Tekniska kontoret Torbjörn Jacobson, VTI, enhet Väg- och banteknik Linköping februari 2003 Torbjörn Jacobson VTI notat 31-2002

VTI notat 31-2002

Innehållsförteckning Sid Sammanfattning 5 1 Bakgrund och syfte 7 2 FoU-program 2001 2002 8 3 Beskrivning av returasfalt och asfaltgranulat 10 4 Materialsammansättningen hos asfaltgranulat 14 4.1 Provmaterial 14 4.2 Kornkurva och bindemedelshalt på extraherad asfalt samt bindemedelsegenskaper 14 4.3 Granulatkurva och vatteninnehåll 16 5 Provning av asfaltgranulat 18 5.1 Provningsmetoder och materialparametrar 18 5.2 Vilka egenskaper är väsentliga 18 6 Packningsegenskaper hos asfaltgranulat 20 6.1 Optimal vattenkvot tung instampning enligt modifierad Proctor 20 6.2 Gyratorisk packning 20 6.2.1 Metodbeskrivning 21 6.2.2 Bedömning av resultat från gyratorisk packning allmänt 22 6.2.3 Provningsresultat 23 7 Dynamisk treaxialprovning 26 7.1 Metodbeskrivning 26 7.2 Upplägg av undersökningen 28 7.2.1 Asfaltgranulat och referenser enligt standardmetoden 28 7.2.2 Inblandning av stenmaterial i asfaltgranulat enligt standardmetoden 32 7.2.3 Inverkan av förhöjd temperatur vid provprepareringen 36 7.2.4 Inverkan av förhöjd vattenkvot och långtidslagring 39 7.2.5 Inverkan av belastningshastighet 41 8 Diskussion och rekommendationer 42 9 Förteckning över litteratur 47 VTI notat 31-2002

VTI notat 31-2002

Sammanfattning Vid sidan av återvinning till ny asfaltbeläggning används krossad eller fräst asfalt (asfaltgranulat) även till bärlager- och förstärkningslager utan inblandning av nytt bindemedel. Ibland tillsätts stenmaterial men oftast används granulatet som det är. Inga krav finns idag för den här typen av vägmaterial. Mot den bakgrunden har ett FoU-program genomförts åren 2001 2002 i syfte att studera krossad eller fräst asfalt i obundna lager. Även blandningar av asfalt och obundna vägmaterial eller asfalt och krossad betong har undersökts. Detta notat (del 1) behandlar krossad asfaltbeläggning eller blandningar av asfalt och naturmaterial med inriktning på lämpligheten till bär- och förstärkningslager vid kommunala förhållanden. Både tillämpningar i gator/vägar samt i gång- och cykelbanor behandlas. Frågor som belyses särskilt är egenskaperna hos materialet och hur de påverkas av asfaltgranulatets sammansättning. En viktig fråga är hur en kravprofil skall se ut och om traditionella provningsmetoder framtagna för obundna material är relevanta för asfaltgranulat. Erfarenheterna från fältundersökningar redovisas i VTI notat 32-2002 (del 2). Både inventeringar av äldre gång- och cykelbanor/gator/vägar samt nya provvägsförsök ingår. Andra frågor som berörs är utförandet av asfaltgranulat i obundna lager, t.ex. krossning, utläggning och packning. Ett stort antal asfaltgranulat har karakteriserats genom analyser av bindemedelshalt och kornstorleksfördelning på extraherat asfaltmaterial, kornstorleksfördelning på tvättsiktat asfaltgranulat, fuktinnehåll och bindemedelsegenskaper. Asfaltgranulat har i jämförelse med bärlagergrus betydligt lägre halt av finmaterial. Även halten av grovt material (>16 mm) kan vara lägre i krossade asfaltmassor. Asfaltgranulat kan delas in i två typer: krossade schaktmassor och fräsgranulat. De krossade schaktmassorna har förhållandevis lågt innehåll av bitumen (asfalt) och hög andel av obundet material. Bindemedlet är i jämförelse med fräsgranulat mer åldrat i schaktade asfaltmassor. Fräsgranulat består ofta av enbart slitlagerbeläggning (slitlager) och får därför högre bitumeninnehåll och låg andel av obundet stenmaterial. Schaktmassorna bedöms vara mer lämpliga till bär- och förstärkningslager än fräsmassorna som i första hand bör användas till asfaltåtervinning. Packningsegenskaperna hos krossad eller fräst asfalt har provats genom tung instampning och i gyrator. Packningskurvan är förhållandevis flack. Optimal vattenkvot ligger mellan 4 6 %. Försöken i gyratorn visar att asfaltgranulat är svårpackade. Temperaturen har dock stor betydelse på packningsförmågan hos materialet. Kalla massor (+10 C) är betydligt mer svårpackade än massorna är vid rumstemperatur (+25 C) eller när de värms upp måttligt (+60 C). De mekaniska egenskaperna hos krossade schaktmassor har undersökts genom treaxialprovning. Utifrån den elastiska deformationen har styvhetsmodulen beräknats och utifrån den permanenta deformationen har stabiliteten beräknats. Eftersom obundna material ofta har spänningsberoende egenskaper, utförs provningen vid stegvis ökande spänningsnivåer varvid både vertikal- och horisontal- (kammar) tryck varieras Prepareringen av provkropparna har en stor betydelse på resultatet när mekaniska egenskaper skall testas på material innehållande asfalt. Temperaturen, lagringstiden, fuktinnehållet, packningsarbetet, provets storlek och belastningshastighet är exempel på parametrar som kan inverka på resultatet. Framför allt temperaturen och lagringstiden får större betydelse för asfaltgranulat än för VTI notat 31-2002 5

naturmaterial. Tillverkningen av provkropparna visade att massan var trög och svårpackad och det var därför svårt att uppnå föreskriven packningsgrad. I flera provserier uppvärmdes därför massan måttligt (+40 eller +60 C) eller extra vatten tillsattes. I stort sett samtliga provserier visade att styvhetsmodulen är högre och ibland betydligt högre i asfaltgranulat från schaktmassor jämfört med krossat berg eller naturgrus. I många fall erhölls också högre värden än för krossad betong. Resultatet var lika tydligt vid både lägre och högre spänningsnivåer. Provpreparering vid förhöjd temperatur, optimal vattenkvot eller längre lagringstid gav en ännu tydligare skillnad mellan asfaltgranulaten och de konventionella materialen. Den relativt låga packningsgraden verkar inte ha påverkat styvhetsmodulen alltför negativt även om resultaten var bättre för prov med högre packningsgrad. Samtliga prov med asfaltgranulat uppvisade lägre resistens mot permanent deformation (stabilitet) än referenserna av krossat berg eller betong men var ibland jämförbar med naturgrus. Till skillnad mot styvhetsmodulen verkar packningsgraden ha stor inverkan på stabiliteten. Inblandningen av stenmaterial förbättrade stabiliteten och vid 50 % inblandning var effekten mycket påtaglig, speciellt för massor med högre innehåll av bitumen. Packningen vid optimal vattenkvot och framför allt en månads lagring medförde att stabiliteten förbättrades markant men kom ändå inte upp till samma nivå som bärlager av krossat berg. Sammanfattningsvis visar hållfasthetsprovningarna att asfaltgranulat har väl så god styvhetsmodul som naturmaterial men att stabilitetsegenskaperna initialt är sämre, speciellt om materialet packas dåligt. Stabiliteten påverkas i högre grad av andelen asfalt eller bitumen i asfaltgranulatet än styvhetsmodulen. Om proverna tillverkas vid optimala betingelser påverkas egenskaperna positivt och en markant förbättring sker om provet får härda och torka ut en tid innan det testas. Huvuddelen av de provningar som utförts i denna undersökning återspeglar förhållandena initialt, dvs. när asfaltgranulatet är relativt nylagt. Det kan samtidigt sägas vara den mest kritiska perioden för uppkomsten av spår. När asfaltgranulatet sedan givits möjlighet att hårdna till, vilket kräver trafikarbete (efterpackning) och en längre period med varmt väder, blir hållfastheten i många fall bra enligt fältmätningarna (VTI notat 32-2002) och i vissa fall jämförbar med bitumenbundet bärlager. 6 VTI notat 31-2002

1 Bakgrund och syfte Vid sidan om återvinning till ny asfaltbeläggning används krossad eller fräst asfalt (asfaltgranulat) även till bärlager- och förstärkningslager utan inblandning av nytt bindemedel. Ibland tillsätts stenmaterial men oftast används granulatet som det är. Inga krav finns idag för den här typen av vägmaterial. Erfarenheterna ute i kommunerna sägs vara positiva men antalet dokumenterade försök är ringa. I flera länder rekommenderas inblandning av stenmaterial i asfaltgranulat eftersom stabilitetsegenskaperna kan vara kritiska, speciellt för statiska laster och om andelen asfalt (bitumen) är hög i granulatet. Intresset för återvinning av gamla beläggningsmaterial till obundna lager har ökat efter införandet av avfallsskatten. För ett bra resultat måste dock materialet kontrolleras och styras upp på motsvarande sätt som idag görs på andra typer av vägmaterial. Återvinning av asfaltgranulat får inte bli en frizon för deponering av överskottsmaterial på vägen utan materialet och tekniken måste uppfylla acceptabla krav, både från vägtekniska och miljömässiga aspekter. Detta notat (del 1) behandlar krossad asfaltbeläggning med inriktning på lämpligheten till bär- och förstärkningslager vid kommunala förhållanden. Både tillämpningar i gator/vägar samt i gång- och cykelbanor behandlas. Frågor som belyses särskilt är vilka egenskaper den här typen av material får och hur asfaltgranulatets sammansättning påverkar dessa. En viktig fråga är hur en kravprofil skall se ut och om traditionella provningsmetoder framtagna för obundna material är relevanta för asfaltgranulat. En del av resultaten från treaxialprovningarna kan också användas vid dimensionering (t.ex. E-moduler eller deformationer) av vägöverbyggnader. Erfarenheterna från fältundersökningar redovisas i VTI notat 32-2002 (del 2). Både inventeringar av äldre gång- och cykelbanor/gator/vägar och samt nya provvägsförsök ingår i notat 32-2002. Andra frågor som berörs är utförandet av asfaltgranulat i obundna lager, t.ex. krossning, utläggning och packning. Fältmätningarna har gjort det möjligt att studera bärigheten och stabiliteten i vägen och hur de med tiden påverkas av trafikarbetet. Andra aspekter är om krossad asfalt kan användas på alla typer av vägar eller om det finns begränsningar. Ytterligare frågor som tas upp är kopplingen mellan materialets sammansättning och egenskaper bestämda på laboratoriet och erfarenheterna från fältet. VTI notat 31-2002 7

2 FoU-program 2001 2002 FoU-programmet består av ett huvudprojekt som behandlar återvinning av gamla asfaltbeläggningar till bär- och förstärkningslager och ett antal mindre delprojekt. De senare projekten behandlar återvinning av schaktmassor, asfaltgranulat i gångoch cykelbanor och användning av massor med lågt tjärinnehåll. Huvudprojektet som finansieras av Svenska Kommunförbundet har ett mer generellt upplägg, dvs. resultaten skall kunna användas av de flesta kommuner vid återvinning av krossad asfalt. I vissa kommuner finns mer specifika vägmaterial som det finns stort intresse av att nyttiggöra, t.ex. blandmaterial av asfalt, grus, sand eller krossad betong samt material med mindre inslag av stenkolstjära. Följande FoU-projekt ingår: Asfaltgranulat som obundet bär- och förstärkningslager, Svenska Kommunförbundet Återvinning av schaktmassor med blandning av asfalt, betongplattor, sand och grus, Stockholms Kommun Återvinning av asfaltgranulat i gång- och cykelbanor, Stockholms Kommun Återvinning av asfaltgranulat med lågt innehåll av stenkolstjära, Göteborgs Kommun Återvinning av asfaltgranulat i gång- och cykelbana, Ekängen, Linköpings Kommun Områden som behandlas är: Egenskaper hos asfaltgranulat: Asfaltgranulat med lågt respektive högt bitumeninnehåll Behov av stenmaterialinblandning Egenskaper hos krossade schaktmassor med blandningar av asfalt, betong, sand och grus Kravprofil för material och utförande Lämplighet som obundet bär- och förstärkningslager i lågtrafikerade gator och gång- och cykelbanor Återvinning av asfaltgranulat med lågt tjärinnehåll Arbetet bedrivs genom: Litteraturstudier Laboratorieundersökningar: Lakförsök av asfaltgranulat med lågt tjärinnehåll Karakterisering av gammalt asfaltmaterial Mekaniska egenskaper Känslighet för vatteninnehåll Packningsegenskaper Inventering av äldre försök/erfarenheter Nya fältförsök 8 VTI notat 31-2002

Miljöpåverkan vid återvinning av tjärhaltiga beläggningsmaterial till ny asfaltbeläggning tas upp i ett annat FoU-program (se rapporter i litteraturlistan). Det är huvudsakligen de aspekter som berör återvinning av beläggningsmaterial med lågt innehåll av tjära till obundna lager som berörs i denna rapport. De inledande försöken med återvinning av schaktmassor redovisas i VTI notat 45-2001 och berörs inte närmare i denna rapport. De fältförsök med asfaltgranulat i gång- och cykelbanor som genomförts i Stockholm finns redovisade i VTI notat 4-2001 och 4-2002. Lakförsök på asfaltgranulat med lågt innehåll av stenkolstjära har redovisats i SGI Varia 521. VTI notat 31-2002 9

3 Beskrivning av returasfalt och asfaltgranulat Äldre asfaltbeläggningar eller beläggningsmaterial brukar kallas för returasfalt när de tagits bort från vägen och skall mellanlagras och återvinnas. Returasfalt består i huvudsak av bituminöst bindemedel och stenmaterial. Därtill kan det finnas tillsatser såsom fibrer, vidhäftningsmedel och däcksgummi. I äldre beläggningar (före 1973/75) kan stenkolstjära förekomma. De bindemedel som förekommer i returasfalt är i regel bitumenbaserade. Till denna grupp räknas penetrationsbitumen, mjukbitumen, emulsioner och bitumenlösning. I kommuner förekommer huvudsakligen penetrationsbitumen i asfaltbeläggningarna. Bituminet är ofta åldrat och förhårdnat i gamla beläggningar. Mycket av bitumenåldringen sker redan vid produktionen av asfaltmassorna. Med tiden sker en fortsatt åldring men i mindre omfattning. Inverkande faktorer kan vara hålrumshalten i beläggningen, tjockleken av lagret, klimatet, tillgången till vatten samt om beläggningen har fått sprickor. Bitumenhalten brukar ligga relativt lågt för uppgrävda massor (schaktmassor) jämfört med fräsmassor från toppar som kan ha högt bindemedelsinnehåll. Bindemedlets kondition samt typen och mängden av bitumen i materialet påverkar asfaltgranulatets egenskaper. Bindemedelshalten, packningsarbetet vid utförandet, temperaturen och trafikarbetet är de faktorer som sannolikt har störst betydelse för förmågan till självbindning i lager av asfaltgranulat. Gamla beläggningsmaterial kan förutom bindemedelsåldring även vara påverkade av: nötningen från dubbtrafiken en viss nedkrossning av stenmaterialet kan ske vid fräsning, grävning och krossning av massorna inslag grus, stenmaterial inslag av vägmarkeringsmassor inslag av föroreningar och då främst stenkolstjära Returasfalt består ofta av flera lager av asfaltbeläggningar med olika ålder och ursprung. Om tjära förekommer finns den i de undre lagren. När schaktmassorna flyttas, krossas, siktas och lagras på nytt sker en omblandning och homogenisering av materialen. Det innebär att materialsammansättningen inte varierar allt för mycket i de slutliga upplagen av krossade och sorterade massor (bild 1). 10 VTI notat 31-2002

100 Passerande mängd (%) 90 80 70 60 50 40 30 Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4 Prov 5 Prov 6 20 10 0 0,075 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek (mm) 6 Bindemedelshalt (vikt-%) 5 4 3 2 1 0 Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4 Prov 5 Prov 6 Bild 1 Variationen av bindemedelshalt och kornkurva i ett mellanlager av kommunala schaktmassor. Bild 2 Mellanupplag av returasfalt. VTI notat 31-2002 11

Bild 3 Krossning (sönderdelning) och sortering av returasfalt. Bild 4 Mellanlager av asfaltgranulat (0 32 mm). Bindemedelshalt: 4,5 %. Asfaltgranulat är benämningen på krossad, mald eller fräst asfaltbeläggning (returasfalt). Granulatkornen består huvudsakligen av klumpar av bindemedel och stenmaterial (beläggning) av varierande storlek, men även inslag av rent stenmaterial kan förekomma. Granulatkorn kan inte jämställas med stenmaterial utan de är, åtminstone till en början, mer sönderfalls- och deformationsbenägna. De är också mer porösa. Vid krossning siktas normalt de grövre partiklarna bort från granulatet. Vanligtvis förekommer sorteringar mellan 0 16 och 0 40 mm för asfaltgranulat som skall användas till obundna lager. 12 VTI notat 31-2002

Bild 5 Närbild på osorterat asfaltgranulat. Observera inslaget av stenmaterial. Det finns i princip två typer av asfaltgranulat: Krossade schaktmassor av asfalt har relativt lågt bindemedelsinnehåll och hög andel av obundet stenmaterial samt består till stor del av äldre beläggningar den här typen av massor är vanliga i kommunerna. Fräsmassor av asfalt har relativt högt bindemedelsinnehåll och låg andel av obundet stenmaterial utgörs vanligen av yngre beläggningar typiska massor som fås vid beläggningsunderhåll förekommer både på det statliga vägnätet och i kommunerna. Krossade schaktmassor kan vara lämpliga för återvinning till obundna lager genom sitt relativt låga bitumeninnehåll medan fräsmassor med högt bitumeninnehåll i första hand bör användas till asfaltåtervinning. I följande avsnitt ges en översikt av returasfalt och asfaltgranulat. Resultaten kommer dels från tidigare undersökningar på VTI dels från provmaterial som ingått i denna studie. Asfaltgranulaten har delats upp efter ursprung i schaktmassor (uppgrävda massor) respektive fräsgranulat. VTI notat 31-2002 13

4 Materialsammansättningen hos asfaltgranulat 4.1 Provmaterial De asfaltgranulat som ingått i laboratorieundersökningarna (tabellerna 1 och 2) utgörs av krossade schaktmassor från kommunala mellanupplag och fräsgranulat från asfaltbeläggningar (mest toppar) på det statliga vägnätet. Tabell 1 Asfaltgranulat från kommunala mellanupplag (schaktmassor). Lokal Sortering Beläggningstyp Eskilstuna (1995) 0 22 mm ABT, AG Eskilstuna (2002) 0 11 mm ABT, AG Borlänge 0 16 mm ABT, AG Linköping 0 18 mm ABT, AG 0 32 mm Jönköping 0 20 mm ABT, AG 0 35 mm Tagene, Göteborg 0 22 mm ABT, AG Högsbo, Göteborg 0 40 mm ABT, AG Tabell 2 Asfaltgranulat från det statliga vägnätet (huvudsakligen fräsmassor). Lokal Sortering Beläggningstyp Bommersvik 0 22 mm ABT Underås 0 22 mm ABT Saxån 0 16 mm ABT Ljusne 0 22 mm ABT, inslag av ABD och ABS Vällsta 0 16 mm ABT Dalsjöfors 0 16 mm ABT, ytbehandling Härnösand 0 22 mm ABT, inslag av AEBÖ Väg 40 och 42 0 16 mm ABT Märsta 0 16 mm ABT, inslag av ABS Ängelholm 0 16 mm ABT Laholm 0 22 mm ABT, AG Överum 0 16 mm ABT Asfaltgranulaten kommer från mellanupplag i södra och mellersta Sverige. De ursprungliga beläggningstyperna är huvudsakligen ABT och AG. I några asfaltgranulat finns inslag av dränasfalt, skelettasfalt och asfaltemulsionsbetong. Granulaten är av typen samkrossmaterial med gradering 0 11, 0 16, 0 18, 0 22, 0 32 och 0 40 mm. Fräsmassorna har i vissa fall även krossats. 4.2 Kornkurva och bindemedelshalt på extraherad asfalt samt bindemedelsegenskaper Kornkurvan och bindemedelshalten på extraherat asfaltgranulat framgår av figurerna 1 2. Materialen har delats upp efter sitt ursprung med avseende på om asfaltgranulatet kommer från schaktmassor av asfalt eller planfräsning av toppar. Bindemedlets egenskaper framgår av figur 3. Analyserna av återvunnet 14 VTI notat 31-2002

bindemedel har inte utförts på samtliga material i undersökningen utan är begränsad. 100,0 90,0 Passerande mängd, vikt-% 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 Fräsmassor Krossade schaktmassor 10,0 0,0 0,074 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 1 Sammanställning över kornkurvor på extraherat asfaltgranulat. Den streckade linjen är gränskurvor för ABT11 och ABT16. 8,0 7,0 Krossade schaktmassor Fräsmassor Bindemedelshalt (%) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 medelvärde: 3,8 % medelvärde: 5,6 % Borlänge Eskilstuna Linköping, 0-32 mm Linköping, 0-18 mm Jönköping, 0-35 mm Jönköping, 0-20 mm Högsbo Tagene Lunde Ljusne Saxån Byringe Ängelholm Överum Rv 42 Rv 40 Märsta Vällsta Bommersvik Underås Dalsjöfors Laholm Figur 2 Sammanställning över bindemedelshalter i asfaltgranulat. VTI notat 31-2002 15

70 Fräsmassor 60 Penetration (0,1 mm vid 25 C) 50 40 30 20 10 Krossade schaktmassor 0 Borlänge Eskilstuna (1995) Eskilstuna (2002) Saxån Arkösund Byringe Lunde Ljusne Märsta Figur 3 Åldring av bitumen (penetration) i asfaltgranulat. 4.3 Granulatkurva och vatteninnehåll Asfaltgranulatets kornstorleksfördelning och vatteninnehåll har främst betydelse för materialets homogenitet och packbarhet vid utförandet. Granulatets kornkurva bestäms genom tvättsiktning. Vid analysen torkas materialet vid rumstemperatur för att inte partiklarna skall klibba ihop av värmen. 100 90 80 Passerande mängd, vikt-% 70 60 50 40 30 20 Krossade schaktmassor Fräsmassor 10 0 0,07 0,13 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 4 Sammanställning över kornkurvor på tvättsiktat asfaltgranulat. Om kornkurvorna på de extraherade materialen studeras skiljer det inte så mycket mellan fräs- och krossade schaktmassor. Fräsmassorna tenderar dock att ha något mer av de finare fraktionerna. Sannolikt är andelen ABT-beläggning större i fräs- 16 VTI notat 31-2002

än i schaktmassorna. Noterbart är att andelen grövre material (>16 mm) bara ligger på 5 10 % i schaktmassorna trots inslag av obundet bärlagermaterial från grävningen. Eventuellt krossas de grövre partiklarna ned vid krossningen. Annars är inslaget av grövre fraktioner från underliggande bärlager inte så stort i schaktmassorna. Bindemedelshalten ligger på markant högre värden för fräs- jämfört med schaktmassorna. Skillnaden är i medelvärde för samtliga undersökta prov 1,8 procentenheter vilket är mycket för asfaltbeläggningar. Detta har stor betydelse för egenskaperna hos materialet och är därför en viktig faktor i detta sammanhang. Fräsmassor består huvudsakligen av bindemedelsrika slitlager medan asfalt från schakter består av en blandning av slit- och betydligt mer bindemedelsfattiga bitumenbundna bärlager samt inslag av obundet bärlagermaterial. Bindemedlet i schaktmassorna är också betydligt mer åldrat än i fräsmassorna beroende på att asfalten är äldre. Detta medför att schaktmassorna är mindre lämpliga för varm återvinning. Enligt uppgift är också fräsmassor från det kommunala vägnätet mer åldrade än fräsmassor från det statliga vägnätet beroende på att underhållscykeln är längre på det lågtrafikerade vägnätet i kommunerna jämfört med det statliga. Tabell 3 Vatteninnehållet i asfaltgranulat. Granulat Vattenhalt, % Väderlek, tidpunkt Underås 5,4 Regn, september Bommersvik 5,1 Regn, september Saxån 1,0 1,6 Värmebölja, juni Linköping (0 18 mm) 5,2 7,5 December Linköping (0 32 mm) 5,0 6,1 December Proverna på vattenhalten är tagna i upplaget vid mellanlagringen. I de flesta fall brukar vattenhalten ligga mellan 1 3 % under sommarhalvåret. De prov som erhöll drygt 5 % vatten togs en tid efter ett kraftigt regn. Vid nederbörd så är det ytlagret som får det högsta fuktinnehållet men med tiden kan vatten tränga igenom hela upplaget, vilka fullskaliga lakförsök visat (Thorsenius, 1996). Proverna som togs i december 2000/01 i Linköping erhöll högst vatteninnehåll, 5,0 7,5 % med de högsta värdena för finsorteringen, 0 18 mm. VTI notat 31-2002 17

5 Provning av asfaltgranulat 5.1 Provningsmetoder och materialparametrar I detta kapitel behandlas massornas konsistens och packningsegenskaper samt styvhetsmodul och stabilitet testade genom treaxialprovning på provkroppar tillverkade på laboratoriet. Packningsegenskaperna och konsistensen hos asfaltgranulat har dels undersökts genom optimal vattenkvot och maximal skrymdensitet vid modifierade Proctorinstampning, dels genom gyratoriska packningsförsök. Huvuddelen av undersökningarna har gjorts på asfaltgranulat från kommunala upplag av krossade beläggningsmassor (schaktmassor, se tabell 1). Vid provningarna har ett antal material- eller provningsrelaterade parametrars inverkan på egenskaperna studerats: packningstemperatur formens storlek och utseende vid gyratorisk packning vatteninnehåll största partikelstorlek inblandning av stenmaterial belastningshastigheten vid treaxialförsök 5.2 Vilka egenskaper är väsentliga Lager av asfaltgranulat (utan tillsats av nytt bindemedel) kan sägas vara ett mellanting mellan asfalt och obundet material. Bindförmågan påverkas framför allt av bitumeninnehållet i massorna. Vid högre bitumeninnehåll kan materialet vid vissa förutsättningar binda ihop helt och hållet och liknar då ett asfaltlager. När bitumeninnehållet är lågt förblir materialet mer obundet även om viss bindning sker mellan granulatkornen. På gator/vägar med högre trafikvolym har provtagningar av borrkärnor visat att materialet helt och hållet kan binda ihop till ett asfaltlager även vid relativt lågt bindemedelsinnehåll. På gång- och cykelbanor har inga hela borrkärnor erhållits i bärlager av asfaltgranulat, vilket visar på betydelsen av trafikarbetet. En viktig fråga är om asfaltgranulat har motsvarande egenskaper som naturmaterial eller om det är bättre eller sämre. Det är främst i de obundna lagren, naturmaterial kan ersättas med asfaltgranulat även om fältförsöken har visat att asfaltgranulat med tiden kan få egenskaper motsvarande AG och då även ersätta ett asfaltlager. Granulatkorn är partiklar av krossad asfaltbeläggning i olika kornstorlekar och kan därför inte jämställas med stenmaterial. Partiklarna kan lätt deformeras, speciellt om bindemedelshalten är hög. Packningsarbetet blir därför mycket viktigt för resultatet. Statisk plattbelastning kan ge ett missvisande resultat eftersom mätdatan påverkas av temperaturen i materialet. De problem som omnämns är spårbildning från efterpackning och deformationer från statiska laster. Den lastfördelande förmågan anses i de flesta fall vara bra. När asfaltgranulat legat ett tag i vägen, helst över sommaren och utsatts för trafik, finns goda förutsättningar för att materialet skall härda ihop om bindemedelshalten och trafikarbetet inte är för lågt. Kornstorleksfördelningen på asfaltgranulatet, halten av obundet stenmaterial, bindemedelshalten och hårdheten på bindemedlet är materialparametrar som bör inverka på egenskaperna hos packat asfaltgranulat. Andra faktorer som kan 18 VTI notat 31-2002

inverka på resultatet är största partikelstorlek och lagertjockleken. Egenskaperna i fält förändras också över tiden genom efterpackningen från trafikarbetet, speciellt under sommarhalvåret. Vid dimensionering behövs indata som beskriver materialets bärighetsegenskaper. Projektet berör detta genom bärighetsstudier, både i laboratoriet (treaxialprovning) och i fält. VTI notat 31-2002 19

6 Packningsegenskaper hos asfaltgranulat 6.1 Optimal vattenkvot tung instampning enligt modifierad Proctor För att massan skall få bästa möjliga packningsegenskaper bör optimal vattenkvot eftersträvas. Packningskurva bestämd vid olika vattenkvoter enligt tung instampning anger lämpligt fuktinnehåll. På välgraderade naturmaterial (typ bärlagergrus) brukar optimal vätskekvot ligga nära 6 %. Vid högre vatteninnehåll uppstår vattenseparation och materialet blir mer svårpackat. 2,2 Vattenseparation 2,1 Torr skrymdensitet, kg/dm³ 2 1,9 1,8 1,7 Schaktmassor Fräsmassor Vattenseparation 1,6 1,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vattenkvot, % Figur 5 Proctor). Packningskurva på olika asfaltgranulat (tung instampning modifierad Genom sitt lägre bitumeninnehåll får schaktmassorna högre skrymdensitet jämfört med fräsmassor. Packningskurvan är förhållandevis flack för de flesta av materialen. Optimal vattenkvot ligger för de undersökta proven mellan 4 6 %. Måttlig vattenseparation har uppträtt vid innehåll av 6 7 % vatten och riklig vattenseparation vid 8 %. Enligt de danska anvisningarna för asfaltgranulat bör vatteninnehållet ligga något över de optimala. De relativt flacka packningskurvorna antyder att vatteninnehållet kanske inte har så stor inverkan på packningen av massorna, åtminstone inte för skrymdensiteten. 6.2 Gyratorisk packning Vid gyratorisk packning mäts packningsförloppet samt motståndet i materialet. Metoden kan ge en del relevant information om konsistensen hos asfaltgranulatet, vilket är viktig för hanter- och packningsbarheten hos massorna. Metoden kan användas vid relativa, jämförande tester av olika material eller recept. Inverkan av fukthalt och stenmaterialinblandning bör kunna studeras genom detta förfarande. Gyratorisk packning kan också användas för preparering av provkroppar till asfalttester. 20 VTI notat 31-2002

I följande avsnitt redovisas försök där packningsförloppet och skjuvhållfastheten i returasfalt studerats på några krossade schaktmassor från Eskilstuna och Borlänge samt krossat fräsgranulat från Byringe. 6.2.1 Metodbeskrivning Gyratorisk packningsutrustning har använts i Frankrike sedan början av 1970-talet och även i USA under en längre tid. Särskilt under senare år i det stora forskningsprogrammet SHRP och det däri framtagna proportioneringssystemet Superpave. Där används gyratorisk packning för att bestämma packningsarbetet. Nya gyratoriska utrustningar har tagits fram på senare år, med möjlighet att följa packningsarbetet under hela packningsproceduren, vilket åter väckt intresset för denna typ av packningsutrustning. Gyratorisk packningsutrustning används numera för undersökning av: Packningsegenskaper Bearbetbarhet Stabilitet Preparering av provkroppar till hålrumshalt och mekaniska analyser VTI har sedan 1994 en gyratorisk utrustning av finskt fabrikat från Invelop OY. Den har möjlighet att packa provkroppar både med 100 och 150 mm diameter och till en höjd av upp till 150 mm. Till utrustningen finns ett dataprogram som styr packningen. Variationsbredden på utrustningens inställningar är: Vinkel: 0 4 % (0 2,5 ) Varvtal: 0 40 cykler/min Tryck: 0 8 bar Antal varv: max 400 I denna undersökning har gyratorisk packningsutrustning använts vid undersökning av packningsegenskaper, bearbetbarhet och stabilitet. I undersökningarna har också inverkan av provformens (burkens) diameter och typen av form, slät eller perforerad, studerats. Packningsförsöken har gjorts vid olika temperaturer. Tre olika asfaltgranulat har ingått i undersökningarna. Tillsatsen av vatten har varit 4 %. Metodbeskrivning: Formar: 100 mm (eller 150 mm), slät (eller perforerad i några fall) Tryck: 6 bar (600 kpa) Antal cykler: 200 (30 varv/min) 400 varv vid 150 mm form Vinkel: 1 Provhöjd: 100 mm Temperatur: 10, 23 och 60 C Ett relativt högt tryck men låg vinkel valdes vid förfarandet. Metoden följer det förfarande som används i Norge för packningsstudier och provpreparering av kalla massor. När provkroppar tillverkas väljs packningsinsatsen (antalet varv) till 97,3 % av den uppmätta torra skrymdensiteten vid 200 cykler. VTI notat 31-2002 21

6.2.2 Bedömning av resultat från gyratorisk packning allmänt En kort beskrivning av de erfarenheter som erhölls i Norge (Telemarksprojektet) vid packning av kalla massor ges i detta avsnitt. Från packningskurvan som erhålls i gyratorn kan följande definitioner göras: N initial Antal cykler i gyratorn som erfordras för att packa massan till den densitet den har efter utläggning (ca 10 cykler) N design Antal cykler i gyratorn som erfordras för att packa massan till den densitet den har efter utläggning och packning (20 110 cykler) N max Antal cykler i gyratorn som erfordras för att packa massan till maximal densitet (200 cykler) För att värdera bearbetbarheten hos materialet brukar kompakteringsgraden (torra skrymdensiteten) efter N initial (10 cykler) och skjuvmotståndet (G) användas: Vid högre skrymdensitet (N initial ) bedöms materialet ha god bearbetningsbarhet Vid lägre skrymdensitet (N initial ) bedöms materialet ha sämre bearbetningsbarhet Högt värde på G betyder trögare massa Lägre värde på G betyder lättare massa Omsatt till förhållandena vid utläggning blir detta; Vid hög kompakteringsgrad vid N initial uppnår massan snabbt packning. Lågt skjuvmotstånd (G) är karakteristiskt för massor som är lätta att lägga ut på grund av den låga inre friktionen i materialet. Massor med låg kompakteringsgrad vid N initial kräver tung packningsutrustning och om dessutom skjuvmotståndet G är högt förstärker detta behovet av tunga vältar. Högt G-värde indikerar också stor påkänning på screeden i läggaren på grund av hög inre friktion i materialet. För att värdera packningsbarheten (kompakterbarheten) hos materialet kan förhållandet N design /N max användas: Högt värde visar att det krävs många varv i gyratorn för att uppnå packning, dvs. massan är svårpackad Lågt värde visar på lågt antal varv i gyratorn, dvs. massan är lätt att packa Stigningsförhållandet på packningskurvan (torr skrymdensitet/log N) beskriver massans egenskaper till att ta packning: Stor stigning visar god kompakteringsgrad Liten stigning visar låg kompakteringsgrad Massans stabilitet efter packning kan beskrivas genom skjuvmotståndet (skärspänningen, G) i materialet. Kurvförloppet för G/log N vid N design (området N design N max ) kan användas: Skjuvmotstånd under ett visst gränsvärde indikerar instabil massa Stigning i kurvförloppet eller utflackning visar på stabil massa om skjuvmotståndet ligger över minvärdet Fall i kurvförloppet visar på instabil massa om skjuvmotståndet hamnar under eller nära minvärdet Värdena på N initial och N design påverkas av massatypen och kan bara tas fram genom jämförande försök i fält. Det kritiska värdet för skjuvhållfasthet (G) är 22 VTI notat 31-2002

okänt för återvinningsmassor men bör kunna tas fram genom jämförelser med stabilitetstester eller beläggningar som erhållit deformationer. 6.2.3 Provningsresultat Packningskurvor (inverkan av temperaturen, typ av form och hålrumshalt) Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 Eskilstuna 10 C, Slät form 23 C, Slät form 60 C, Slät form 10 C, Perforerad form 23 C, Perforerad form 60 C, Perforerad form 1 10 100 1000 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 Borlänge 10 C 23 C 60 C 1 10 100 1000 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 Byringe 10 C 23 C 60 C 1 10 100 1000 Antal cykler Hålrumshalt, % 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Eskilstuna Borlänge Byringe 10 C 23 C 60 C Figur 6a-d Packningskurva samt hålrumshalt (torr skrymdensitet) vid olika temperaturer för asfaltgranulat med 4 % vatten, 100 mm slät form. För granulatet från Eskilstuna undersöktes också perforerad form. Skrymdensitet, g/cm 3 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 Byringe 1,9 10 C 1,8 23 C 1,7 4% H 2 O 60 C 1,6 1 10 100 1000 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 Byringe 1,8 3,0 % vatten 1,7 4,0 % vatten 1,6 1 10 100 1000 Antal cykler Figur 7a-b Packningskurva (skrymdensitet) med 150 mm slät form (400 varv) vid olika temperaturer för granulatet från Byringe med tillsats av 3,0 och 4,0 % vatten. +23 C VTI notat 31-2002 23

Skjuvmotståndet i massorna (skärspänning, G) Skjuvmotstånd, kn/m 2 Skjuvmotstånd, kn/m 2 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Eskilstuna 10 C, Slät form 23 C, Slät form 60 C, Slät form 10 C, Perforerad form 23 C, Perforerad form 60 C, Perforerad form 1 10 100 1000 Antal cykler Byringe 10 C 23 C 60 C 1 10 100 1000 Antal cykler Skjuvmotstånd, kn/m 2 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Borlänge 10 C 23 C 60 C 1 10 100 1000 Antal cykler Figur 8a-c Skjuvmotstånd vid olika temperaturer för de undersökta granulaten med tillsatts av 4 % vatten, 100 mm slät form. För granulatet från Eskilstuna undersöktes också perforerad form Skjuvmotstånd, kn/m 2 450 Byringe 10 C 400 23 C 350 60 C 300 250 200 150 100 50 4% H 2 O 0 1 10 100 1000 Antal cykler Figur 9 Skjuvmotstånd med 150 mm slät form (400 varv) vid olika temperaturer för granulatet från Byringe med tillsats av 4,0 % vatten. Kommentarer Inverkan av provutrustning (typ av formar) Skillnaden mellan slät och perforerad form är liten om skrymdensiteten studeras. Vid 60 C blev dock skrymdensiteten något högre med perforerad form. Skjuvmotståndet (skärspänningen, G) i materialet blev i två fall (10 och 23 C) något lägre medan det var oförändrat vid 60 C. En viss inverkan på packningsförloppet gav således formen med perforerad mantelyta. Perforerade formar anses vara lämpliga för emulsionsmassor vilka innehåller vatten. För att förhindra uppkomst av porvattentryck (som försvårar packningen) skall vatten kunna pressas ut genom hålen i formen. 24 VTI notat 31-2002

Anledningen till att provningarna gjordes med formar med varierande storlek (100, 150 mm) beror på att det från början endast fanns formar med diametern 150 mm på VTIs laboratorium. Eftersom asfaltgranulat i många fall inte har alltför grova partiklar införskaffades formar med diametern 100 mm. Provmängden blir då mindre och provningen lättare att utföra. Enligt resultaten blev skrymdensiteten lägre vid 150 mm. Kurvan som beskriver skjuvmotståndet (G) i massan skiljde sig avsevärt mellan de två diametrarna. Vid 150 mm ökade motståndet kontinuerligt under packningsförloppet (utom vid slutet på ett prov) medan vid 100 mm började kurvan falla redan vid ca 40 50 cykler. G låg överlag på en betydligt högre nivå för proverna med diametern 100 mm. Packningsarbetet blev också mer intensivt vid 100 mm eftersom belastningen i båda fallen var 6 bar. Vid en relevant jämförelse mellan formar med olika diameter bör trycket anpassas efter provets diameter. Typen av asfaltgranulat Packningskurvornas form skiljde sig inte mycket åt mellan de tre provmaterialen. Den mesta packningen skedde redan efter ca 30 cykler. Två av asfaltgranulaten är förhållandevis lika varandra med avseende på kornkurva, bindemedelshalt och bindemedelsåldring medan det tredje hade högre bindemedelshalt och mindre åldrat bindemedel. Skrymdensiteten ökade markant vid högre temperatur. Efter 200 cykler låg hålrumshalterna på 11 13 % vid 10 C. Motsvarande värden var vid 23 resp. 60 C 9 11 % resp. 5 8 %. Enligt borrkärnor från utlagt granulat på vägen har hålrumshalterna legat på 8 12 % efter en tids trafik. Packningen vid rumstemperatur verkar ge det mest realistiska resultatet med tanke på hålrumshalterna på vägen. Vid tillsatts av 4 % vatten blev skrymdensiteten något högre än vid 3 %. Optimal vattenkvot ligger enligt packningskurva från tung instampning på ca 4 6 %. Fler undersökningar rekommenderas för att studera vattenkvotens inverkan på packningsförloppet. Formen på kurvan som beskriver G var lika mellan de tre granulaten. Efter ca 20 cykler minskade motståndet (samtidigt som skrymdensiteten ökade). De högsta värdena (sett över hela packningsförloppet) erhöll proverna med lägst hålrumshalt. Massans täthet verkar således ha stor betydelse för motståndet i materialet. Vid högre temperatur blir enligt kurvan motståndet större i massan. Överlag uppvisar massorna vid 23 C lägre G (med något undantag) än de vid 10 och 60 C. Jämfört med de norska undersökningarna på nytillverkade kalla massor uppvisar asfaltgranulaten större G under packningsförloppet. VTI notat 31-2002 25

7 Dynamisk treaxialprovning 7.1 Metodbeskrivning Funktionsprovning av obundna material utförs i regel genom dynamiskt treaxialförsök för att simulera spänningar vid trafiköverfarter. Någon vedertagen standard för sådan provning föreligger dock inte och resultaten beror bland annat på vilket sätt som materialet packats, vilka spänningsförhållanden provkroppen belastas vid och hur töjningen i provkroppen mäts. Vattenkvoten spelar dessutom en stor roll för obundna materials deformationsegenskaper, såvida finmaterialhalten är tillräckligt hög. En EU-norm för treaxialprovning av obundna material håller på att utvecklas men är ännu ej färdig. Vid provning av obundna vägmaterial bestäms i regel deformationen vid olika laster. Utifrån den elastiska deformationen kan styvhetsmodulen beräknas, vilken kan användas till indata vid analytisk dimensionering. Eftersom obundna material ofta har spänningsberoende egenskaper, utförs provningen vid stegvis ökande spänningsnivåer varvid både vertikal- och horisontal (kammar) tryck varieras. I samband med provningen erhålls också data för beräkning av materialets känslighet för permanent deformation. Permanenta deformationen används idag inte som indata vid analytisk dimensionering men är ett viktigt mått på materialets stabilitet och därmed risken för deformationer i vägen. Vid försöket har provkropparna packats med hjälp av en fransk metodik ( vibrocompresseur ), vilken är föreslagen som Europastandard vid treaxialprovning av bärlagermaterial, medan själva provningen i huvudsak följer amerikansk standard (SHRP protokoll P 46). Provningsförfarandet i denna undersökning (provprepareringen och provningen) var till en början identiskt med det som normalt brukar användas på VTI vid funktionsprovning av bärlagergrus och alternativa material (P. Höbeda, K. Ydrevik och H. Arvidsson, VTI notat 9-1995). I de flesta provserierna valdes ett vatteninnehåll på 60 % av optimal vattenkvot (ca 3,0 3,4 % vattenkvot). Fältmätningar har visat att vattenkvoten ofta ligger på denna nivå (ca 60 % av den optimala) för bärlagermaterial i vägen. Målsättningen är att proverna vid detta vatteninnehåll skall packades till 97 % av maximala torra skrymdensiteten. Eftersom asfaltgranulaten visade sig vara svårpackade vid rumstemperatur hamnade packningsgraden mellan 92 96 %. En provserie utfördes därför på måttligt uppvärmt asfaltgranulatet (40 och 60 C) för att underlätta packningsegenskaperna. Packningsgraden blev genom dessa åtgärder högre och denna provning representerar sannolikt bättre förhållandena på vägen efter en tids efterpackning (eller effektiv packning vid utförandet). Som jämförelse har även några bärlagergrus, både av bergkross och naturgrus samt krossad betong tagits med i redovisningen. Det inpackade provet utsattes för dynamisk treaxiell provning, dvs. en pulserande vertikal last av varierande storlek samt en statisk horisontell last. Metoden försöker efterlikna de påkänningar som materialet utsätts för i vägkroppen, men kan sägas vara en accelererad provning eftersom frekvensen för den pulserande lasten är 10 Hz (i vägen mindre). 26 VTI notat 31-2002

Extern LVDT Plexiglascylinder O-ringstätning Gummimembran Tryckplatta Jordprov Bild 6 Utrustning för dynamisk treaxialutrustning (Maria Arm, VTI). Provpreparering vid standardmetoden och beräkning av packningsgrad Vattenkvot: 60 % av optimal enligt tung instampning Provets storlek: höjd 300 mm och diameter 150 mm (slankhetstal 2). Provmängden beräknas utifrån torr skrymdensitet vid optimal vattenkvot framtagen genom tung instampning (Proctor) Asfaltgranulatet förpackas i formen med hjälp av en stav Huvudpackning görs med hjälp av vibrocompresseur, vilket innebär att provet både pressas och vibreras Provet pressas ur formen, placeras i gummimebranet och lagras i ca ett dygn Packningsgraden beräknas genom uppnådd torr skrymdensitet i procent av den torra skrymdensiteten enligt tung instampning vid optimal vattenkvot Målsättningen är att provet skall erhålla en packningsgrad av 97 % Testning i treaxialcellen enligt standardmetoden Provet placeras i treaxialcellen Belastningshastighet: 10 Hz Provningen görs vid olika spänningsnivåer där både den vertikala och horisontella lasten gradvis höjs Efter provningen mäts vattenhalten i provet I samtliga fall utfördes provningarna genom dubbelprov. VTI notat 31-2002 27

7.2 Upplägg av undersökningen Provningarna omfattade följande delar: Asfaltgranulat och referenser enligt standardmetoden Inblandning av stenmaterial (bärlagermaterial) i asfaltgranulat enligt standardmetoden Provpreparering (packning) vid förhöjd temperatur (40 och 60 C) Provpreparering (packning) vid förhöjd vattenkvot (nära optimal) Längre lagringstid innan provning Inverkan av lägre belastningshastighet (1 Hz). I några fall har samma material använts vid flera provningar (i brist på nytt material) vilket måste beaktas vid utvärderingen. Asfaltgranulatet kan i viss mån ha blivit påverkat vid vibreringen (någon krossning) men metoden bedöms ändå vara är förhållandevis skonsam mot asfaltgranulatet. I följande avsnitt redovisas styvhetsmodulen (E-modulen) och stabiliteten (permanent deformation). 7.2.1 Asfaltgranulat och referenser enligt standardmetoden Tabell 4 Vattenkvot och packningskontroll. Provmaterial Vattenkvot vikt-% Maximala torra skrymdensiteten enligt mod. Proctor (kg/dm³) Maximala torra skrymdensiteten enligt vibrocomp. (kg/dm³) Packningsgrad % Gran 0 18, Linköping 3,3 2,019 1,930 95,6 Gran 0 32, Linköping 2,3 2,026 1,899 93,7 Gran 0 20, Jönköping 3,2 2,032 1,874 92,2 Gran 0 35, Jönköping 2,4 2,081 1,956 94,0 Granulat, Högsbo 2,7 2,099 1,921 91,5 28 VTI notat 31-2002

550 500 450 E-modul (MPa) 400 350 300 250 200 Kr berg mitt i BLzonen Naturgrus mitt i BLzonen Krossad betong Linköping 0-18 Linköping 0-32 Jönköping 0-20 Jönköping 0-35 Högsbo 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Summa huvudspänning (kpa) Figur 10 M r som funktion av summa huvudspänning. Asfaltgranulaten+ referenser. Standardmetoden. 550 500 450 Linköping 0-18 Linköping 0-32 Jönköping 0-20 Jönköping 0-35 Högsbo E-modul (MPa) 400 350 300 250 200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Summa huvudspänning (kpa) Figur 11 M r som funktion av summa huvudspänning: Enbart asfaltgranulat. Standardmetoden. VTI notat 31-2002 29

Antal belastningar 100 1000 10000 100000 1000000 0 Ack. permanent deformation (µm) 5000 10000 15000 20000 25000 Kr berg mitt i Blzonen Naturgrus mitt i Blzonen Krossad betong Linköping 0-18 Linköping 0-32 Jönköping 0-20 Jönköping 0-35 Högsbo Figur 12 Permanent deformation vid olika belastningsnivåer. Samtliga asfaltgranulat + referenser. Standardmetoden. Antal belastningar 100 1000 10000 100000 1000000 0 Ack. permanent deformation (µm) 5000 10000 15000 20000 Linköping 0-18 Linköping 0-32 Jönköping 0-20 Jönköping 0-35 Högsbo 25000 Figur 13 Permanent deformation vid olika belastningsnivåer. Enbart asfaltgranulat. Standardmetoden. Kommentarer Som det framgår av figurerna 10 och 11 är materialen spänningsberoende, dvs. E- modulen (M r, resilientmodulen eller styvhetsmodul) påverkas av spänningens storlek. Vid låga och framför allt höga spänningsförhållanden uppvisade flertalet av provblandningarna innehållande asfaltgranulat högre M r än referenserna av krossat berg (krossat berg, granit från Skärlunda) eller naturgrus (okrossat material). De bästa resultaten av proverna uppvisar asfaltgranulaten från 30 VTI notat 31-2002

Linköping medan provet från Jönköping, 0 20 mm, erhåller den lägsta E-modulen av de fem asfaltgranulaten. Bindemedelsinnehållet är något högre i granulaten från Linköping jämfört med Jönköping och Högsbo. Asfaltgranulaten med större maximal partikelstorlek (0 32/35 mm) uppvisar högre E-moduler än de med mindre maximal partikelstorlek (0 18/20 mm). Skillnaden i E-modul mellan det bästa och sämsta asfaltgranulatet är 20 30 % vid de aktuella spänningsnivåerna. Belastningar mellan 500 1 100 kpa anses efterlikna påkänningarna i bärlagergrus för olika konstruktionstyper enligt ATB VÄG. Det innebär i de flesta fall att asfaltgranulaten i denna undersökning har likvärdig eller något bättre lastfördelande förmåga än jämförande naturmaterial och i vissa fall även krossad betong. Som det framgår av figurerna 12 och 13 uppvisar schaktmassorna högre permanent deformation än krossat berg eller framför allt krossad betong. Det bästa resultatet erhöll asfaltgranulat, 0 18 mm, från Linköping. Skillnaden mellan de övriga asfaltgranulaten är relativt liten. En orsak till de stora permanenta deformationerna är sannolikt de låga packningsgraderna i proven (92 96 %). Bäst resistens mot permanent deformation uppvisade provet med bäst packningsgrad medan de med lägre packningsgrad överlag erhöll större permanenta deformationer. Asfaltgranulat är känt för att vara trögpackat men förutom tunga vältar rekommenderas även riklig vattning och att arbetet helst görs vid varm väderlek för att underlätta packningsbarheten. Denna provserie som utfördes enligt standardmetoden innebar att vattenkvoten var 60 % av den optimala. Packningen utfördes vidare vid rumstemperatur. Provet packades dessutom i ett (tjockt) lager på 30 cm. Vid dessa betingelser har inte önskad packningsgrad på 97 % uppnåtts. Packningsgraden är också relativt hårt satt med tanke på att referensen avser maximal torr skrymdensitet vid optimal vattenkvot enligt tung instampning medan treaxialprovet packas vid lägre vattenkvot. Om massan är trög packas den vid komprimeringen en längre tid (kompenserar för det lägre vatteninnehållet) än annars för att om möjligt uppnå 97 % i packningsgrad (det finns ett märke i formen som skall uppnås). Tydligen är asfaltgranulat alltför svårpackat enligt detta förfarande som är framtaget för mer lättpackade naturmaterial. I en senare provserie packades provet vid optimal vattenkvot vilket gav en betydligt bättre packningsgrad (ökade med 2,5 procentenheter). Det är dock bara två prov som klarat 97 % i packningsgrad av samtliga provserier. VTI notat 31-2002 31

7.2.2 Inblandning av stenmaterial i asfaltgranulat enligt standardmetoden Tabell 5 Vattenkvot och packningskontroll. Provmaterial Vattenkvot vikt-% Maximala torra skrymdensiteten enligt mod. Proctor (kg/dm³) Maximala torra skrymdensiteten enligt vibrocomp. (kg/dm³) Packningsgrad % 100 % gran Högsbo 2,7 2,099 1,921 91,5 75 % gran Högsbo + 25 % Skärlundagranit 2,8 2,112 1,945 92,1 50 % gran Högsbo + 50 % Skärlundagranit 2,2 2,125 2,071 97,5 100 % gran Jön. 0 35 2,3 2,081 1,956 94,0 75 % gran Jön. 0 35 + 25 % Skärlundagranit 2,4 2,098 1,960 93,4 50 % gran Jön. 0 35 + 50 % Skärlundagranit 2,6 2,116 2,020 95,5 Det tillsatta stenmaterialet hade en kornstorleksfördelning som låg mitt i zonen för obundet bärlager enligt ATB VÄG. Stenmaterialet utgjordes av finkornig, krossad granit (berg) och ingår även som referens i treaxialprovningarna. Kornstorleksfördelningen på provmaterialen framgår av figur 14 och 15. 0.06 0.2 Sand 0.6 2 6 Grus 20 60 100% fin mellan grov fin mellan grov 90% 80% 70% Passerande mängd 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0.063 0.125 0.25 0.5 1 0.075 2 4 5.6 8 11.2 16 31.5 45 63 90 200 Kornstorlek, mm Granulat Högsbo 75%GranHögsbo + 25%KrBergSkärl 50%GranHögsbo + 50%KrBergSkärl Skärlunda Bärlager, ATB VÄG Figur 14 Inverkan på kornstorleksfördelningen vid inblandning av stenmaterial (Skärlunda) i asfaltgranulat, Högsbo. 32 VTI notat 31-2002